RU145765U1 - DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER - Google Patents

DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER Download PDF

Info

Publication number
RU145765U1
RU145765U1 RU2013159232/28U RU2013159232U RU145765U1 RU 145765 U1 RU145765 U1 RU 145765U1 RU 2013159232/28 U RU2013159232/28 U RU 2013159232/28U RU 2013159232 U RU2013159232 U RU 2013159232U RU 145765 U1 RU145765 U1 RU 145765U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
receiving
intrapulse
scanning
Prior art date
Application number
RU2013159232/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Юрьевич Аникин
Антон Викторович Асташенко
Александр Иванович Говоров
Юрий Михайлович Колесников
Алексей Игоревич Медведкин
Николай Владимирович Романенко
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2013159232/28U priority Critical patent/RU145765U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU145765U1 publication Critical patent/RU145765U1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Устройство для гидроакустической рельефной съемки нижней поверхности ледового покрова, содержащее расположенные перпендикулярно друг другу линейные излучающую и приемную антенные решетки, аппаратуру предварительной обработки сигналов, устройство формирования статического веера приемных характеристик направленности, устройство обработки эхосигналов, многоканальное генераторное устройство, устройство управления и отображения, причем приемная антенная решетка подключена к входу аппаратуры предварительной обработки сигналов, выход аппаратуры предварительной обработки сигналов подключен к входу устройства формирования статического веера приемных характеристик направленности, выход которого соединен с входом устройства обработки эхосигналов, выход многоканального генераторного устройства подключен к излучающей антенной решетке, вход устройства управления и отображения подключен к выходу устройства обработки эхосигналов, выход устройства управления и отображения подключен к входу многоканального генераторного устройства, ко второму входу аппаратуры предварительной обработки сигналов, ко второму входу устройства формирования статического веера приемных характеристик направленности, ко второму входу устройства обработки эхосигналов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство управления внутриимпульсным сканированием и устройство согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием, причем первый вход устройства согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием подключен к выходу устройства формирования статического веера прие�A device for hydroacoustic relief shooting of the lower surface of the ice cover, containing linear emitting and receiving antenna arrays perpendicular to each other, signal pre-processing equipment, a device for generating a static fan of receiving directivity characteristics, an echo signal processing device, a multi-channel generator device, a control and display device, and a receiving the antenna array is connected to the input of the signal preprocessing equipment, you One of the signal preprocessing equipment is connected to the input of the device for forming a static fan of receiving directional characteristics, the output of which is connected to the input of the echo signal processing device, the output of the multi-channel generator device is connected to the emitting antenna array, the input of the control and display device is connected to the output of the echo processing device, and the output of the control device and display connected to the input of a multi-channel generator device, to the second input of the equipment pre signal processing, to the second input of the device for forming a static fan of receiving directivity characteristics, to the second input of the device for processing echo signals, characterized in that it further comprises a control device for intrapulse scanning and a device for coordinated filtering of signals with intrapulse scanning, the first input of the device for coordinated filtering of signals with intrapulse scanning is connected to the output of the static fan formation device

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим средствам, предназначенным для съемки рельефа нижней поверхности ледового покрова путем определения дистанций и направлений до нижней поверхности ледового покрова с высоким угловым разрешением и разрешением по дистанции в широком секторе наблюдения над погруженным объектом.The utility model relates to the field of hydroacoustics, namely, hydroacoustic tools designed to capture the topography of the lower surface of the ice sheet by determining distances and directions to the bottom surface of the ice sheet with high angular resolution and distance resolution in a wide observation sector over an immersed object.

Известны устройства [1, 2] для гидроакустической съемки рельефа поверхности дна, которые при изменении направления излучения зондирующих сигналов относительно погруженного объекта с направления "в сторону дна" на направление "в сторону ледовой поверхности" [3] решают ту же задачу съемки рельефа поверхности и могут рассматриваться как аналоги.Known devices [1, 2] for sonar surveying the topography of the bottom surface, which when changing the direction of radiation of the probe signals relative to the immersed object from the direction "toward the bottom" to the direction "toward the ice surface" [3] solve the same problem of shooting the surface topography and can be considered as analogues.

Принцип работы аналогов заключается в следующем.The principle of operation of analogues is as follows.

Имеются две взаимно перпендикулярные антенны - излучающая и приемная, подобные кресту Миллса [4]. Ось излучающей антенны ориентирована параллельно движению погруженного объекта.There are two mutually perpendicular antennas - emitting and receiving, similar to the Mills cross [4]. The axis of the radiating antenna is oriented parallel to the movement of the immersed object.

Для излучения зондирующих сигналов формируется одна характеристика направленности (ХН). Ее ось ориентирована вертикально вверх. ХН излучения является "узкой" в сечении по направлению движения погруженного объекта и "широкой" в перпендикулярном направлении.For radiation of the probing signals, one directivity characteristic (CI) is formed. Its axis is oriented vertically upward. The radiation CN is “narrow” in cross section in the direction of motion of the immersed object and “wide” in the perpendicular direction.

Для приема отраженных от ледовой поверхности эхосигналов формируется Ir ХН (Ir - число ХН), образующих статический веер в пространстве над погруженным объектом. Все они, в противоположность ХН излучения, являются "широкими" в сечении направления движения объекта и "узкими" в перпендикулярном направлении. Ось центральной приемной ХН ориентирована вертикально. Оси остальных (Ir-1) ХН сдвинуты относительно нее на фиксированные углы αi, где i - номер ХН (i=1, 2, …, Ir в статическом веере).To receive echoes reflected from the ice surface, I r ХН (I r - number of ХН) is formed, forming a static fan in the space above the submerged object. All of them, in contrast to the XI radiation, are "wide" in the cross section of the direction of motion of the object and "narrow" in the perpendicular direction. The axis of the central receiving center is oriented vertically. The axes of the remaining (I r -1) HN are shifted relative to it by fixed angles α i , where i is the number of HN (i = 1, 2, ..., I r in a static fan).

При излучении зондирующего сигнала вертикально над носителем, на поверхности льда "освещается" полоса, узкая в направлении движения погруженного объекта и широкая в перпендикулярном направлении. При приеме из "освещенной" полосы на поверхности выделяются узкие участки - элементы углового разрешения. Число элементов углового разрешения определяется числом пересечений приемных ХН с ХН излучения, а их угловые размеры - телесным углом, размер которого в направлении движения погруженного объекта равен ширине излучающей ХН, а в перпендикулярном направлении - ширине приемной ХН. Это позволяет реализовать высокое угловое разрешение, как в продольном направлении движения погруженного объекта, так и в поперечном.When a probe signal is emitted vertically above the carrier, a band is “illuminated” on the ice surface, narrow in the direction of motion of the immersed object and wide in the perpendicular direction. When receiving from the "illuminated" strip on the surface, narrow sections stand out - elements of angular resolution. The number of angular resolution elements is determined by the number of intersections of receiving CNs with XN radiation, and their angular dimensions are determined by the solid angle, the size of which in the direction of motion of the immersed object is equal to the width of the emitting CN, and in the perpendicular direction, to the width of the receiving CN. This allows you to realize a high angular resolution, both in the longitudinal direction of the immersed object and in the transverse.

Разрешение по координате "дистанция" определяется шириной функции неопределенности выбранного типа зондирующего сигнала, которая зависит от полосы частот зондирующего сигнала и способа его обработки.Resolution along the coordinate "distance" is determined by the width of the uncertainty function of the selected type of sounding signal, which depends on the frequency band of the sounding signal and the method of its processing.

В каждом цикле излучения и приема эхосигналов в пределах "освещенной" полосы определяются:In each cycle of emission and reception of echo signals within the "illuminated" band are determined:

- расстояния до нижней поверхности льда в элементе разрешения;- the distance to the lower surface of the ice in the resolution element;

- направления на элемент разрешения нижней поверхности льда в продольном и поперечном направлениях движения погруженного объекта.- directions to the resolution element of the lower ice surface in the longitudinal and transverse directions of motion of the immersed object.

Определение координат элементов разрешения производится в декартовой системе координат (СК), привязанной к погруженному объекту. При этом ось OX ориентирована вдоль направления движения, ось OZ ориентирована вертикально вверх, а направление оси OY выбрано для образования правосторонней СК.The coordinates of the resolution elements are determined in the Cartesian coordinate system (SC), attached to the immersed object. In this case, the OX axis is oriented along the direction of motion, the OZ axis is oriented vertically upward, and the direction of the OY axis is chosen to form a right-handed SC.

Рассмотренная выше "освещенная" полоса формируется при неподвижном погруженном объекте. Ее размеры в продольном направлении движения (X) и в поперечном направлении (Y) равны:The “illuminated” band considered above is formed with a stationary submerged object. Its dimensions in the longitudinal direction of motion (X) and in the transverse direction (Y) are equal to:

где Δα - ширина центральной излучающей ХН;where Δα is the width of the central emitting CN;

ΔB - угол сектора обзора приемной антенны;ΔB is the viewing sector angle of the receiving antenna;

H - глубина погруженного объекта.H is the depth of the submerged object.

Для съемки рельефа ледовой поверхности требуемой площади производится перемещение "освещенной" полосы, вследствие движения погруженного объекта. В моменты времени tj=t0+j·T, где t0 - начальное время, T - период излучения зондирующих сигналов, j - номер излучения, j=0, 1, …, J-1, J - число излучений. При постоянной по величине и направлению скорости движения (V) им соответствует положение погруженного объекта Xj=X0+j·V·T, где X0 - начальное значение координаты X. За период T в каждой i-той приемной ХН производится определение расстояния до погруженного объекта (Rj,i) по задержке пришедшего от элемента разрешения эхосигнала. Затем, учитывая угол наклона приемной ХН (αi), вычисляются вертикальная (Zj,i) и горизонтальная (Yj,i) координаты выделенного участка поверхности - элемента разрешения в СК погруженного объекта по формулам:To capture the relief of the ice surface of the required area, the “illuminated” strip is moved due to the movement of the submerged object. At time instants t j = t 0 + j · T, where t 0 is the initial time, T is the radiation period of the probing signals, j is the radiation number, j = 0, 1, ..., J-1, J is the number of emissions. If the speed of movement (V) is constant in magnitude and direction, they correspond to the position of the submerged object X j = X 0 + j · V · T, where X 0 is the initial value of the X coordinate. For the period T, the distance is determined in each i-th receiving XN to the immersed object (R j, i ) by the delay of the echo signal coming from the resolution element. Then, taking into account the inclination angle of the receiving XN (α i ), the vertical (Z j, i ) and horizontal (Y j, i ) coordinates of the selected surface area — the resolution element in the SC of the immersed object are calculated according to the formulas:

Для повышения точности определения координат элементов разрешения, в ряде случаев, учитывается геометрическое искривление лучей, по которым распространяется излученный и принятый сигнал, обусловленное изменением скорости звука по трассе распространения зондирующего сигнала [4].To improve the accuracy of determining the coordinates of resolution elements, in some cases, the geometric curvature of the rays along which the emitted and received signal propagates due to a change in the speed of sound along the propagation path of the probe signal [4] is taken into account.

Для исключения пропусков в "освещении" поверхности скорость движения погруженного объекта ограничена условием:To eliminate omissions in the "lighting" of the surface, the speed of the immersed object is limited by the condition:

Из условия (3) следует, что чем выше угловое разрешение излучающей антенны (чем меньше ширина излучающей ХН), тем меньше должна быть скорость и, соответственно, тем большее время требуется для осуществления съемки рельефа ледовой поверхности требуемой площади.It follows from condition (3) that the higher the angular resolution of the radiating antenna (the smaller the width of the radiating HN), the lower the speed should be and, accordingly, the longer it takes to record the relief of the ice surface of the required area.

Наиболее близким к заявляемому устройству прототипом является многолучевой эхолот SeaBat 7125 [1].The closest to the claimed device prototype is a multi-beam echo sounder SeaBat 7125 [1].

Прототип состоит из:The prototype consists of:

- излучающей антенной решетки (АР);- a radiating antenna array (AR);

- многоканального генераторного устройства (МГУ), формирующего излучаемые сигналы в каждом гидроакустическом преобразователе (ГАП) излучающей АР;- a multichannel generator device (MSU) that generates emitted signals in each sonar transducer (HAP) emitting AR;

- приемной антенной решетки;- receiving antenna array;

- аппаратуры предварительной обработки сигналов (АПОС), обеспечивающей полосовую фильтрацию, усиление и аналого-цифровое преобразование сигнала, принятого каждым ГАП приемной АР;- signal pre-processing equipment (APOS), which provides band-pass filtering, amplification and analog-to-digital conversion of the signal received by each HAP receiving AR;

- устройства формирования статического веера приемных ХН;- devices for the formation of a static fan receiving HN;

- устройства обработки эхосигналов;- devices for processing echo signals;

- устройства управления и отображения.- control and display devices.

Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:

- Низкая производительность съемки рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом (под производительностью съемки понимается площадь съемки, выполняемая за один цикл обзора), которая обусловлена ограничением скорости движения погруженного объекта согласно соотношению (3) и, соответственно, большим временем съемки при заданной площади. Это приводит также к ограничению площади съемки при заданном времени.- Low shooting performance of the relief of the lower surface of the ice above the submerged object (by the shooting performance is understood the shooting area performed in one review cycle), which is due to the limitation of the speed of movement of the immersed object according to relation (3) and, accordingly, the long shooting time for a given area. This also leads to a limitation of the shooting area at a given time.

- Узкая область съемки рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом при нулевой скорости погруженного объекта из-за узкой ширины характеристики направленности излучающей антенной решетки, что приводит к большому времени определения размеров полыней и разводий при специальном маневрировании погруженного объекта перед всплытием.- A narrow area for surveying the relief of the lower surface of ice above an immersed object at zero speed of an immersed object due to the narrow width of the directivity of the emitting antenna array, which leads to a large time for determining the size of wormwood and spreads during special maneuvering of an immersed object before ascent.

Задачей полезной модели является:The objective of the utility model is:

- повышение производительности съемки рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом;- improving the shooting performance of the relief of the lower surface of the ice over an immersed object;

- обеспечение съемки рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом при нулевой скорости погруженного объекта.- providing a survey of the relief of the lower surface of the ice above an immersed object at zero speed of the immersed object.

Технический результат заявляемого устройства заключается в получении трехмерного рельефа нижней поверхности льда большой площади за минимальное время при любых, в том числе и нулевых, скоростях движения погруженного объекта.The technical result of the claimed device is to obtain a three-dimensional relief of the lower surface of the ice of a large area for a minimum time at any, including zero, speeds of the submerged object.

Технический результат заявляемого устройства достигается за счет применения внутриимпульсного сканирования при излучении зондирующих посылок, которое позволяет в одном цикле излучения-приема сформировать несколько излучающих ХН, освещающих большую площадь нижней поверхности льда над погруженным объектом.The technical result of the claimed device is achieved through the use of intrapulse scanning when emitting sounding parcels, which allows you to form several emitting CNs in one radiation-reception cycle, illuminating a large area of the lower surface of ice above an immersed object.

Внутриимпульсное сканирование заключается в следующем. Излучаемый сигнал в каждом цикле излучения-приема состоит из набора "элементарных" ортогональных сигналов. Каждый элементарный ортогональный сигнал последовательно излучается в собственное заданное направление. При этом происходит последовательное "освещение" (сканирование) нижней поверхности льда. Направления излучения обеспечиваются введением необходимых задержек в элементарные сигналы аналогично тому, как это происходит при формировании статического веера ХН приемной АР. При приеме за счет ортогональности элементарных сигналов происходит их разделение по направлениям излучения элементарного сигнала. Это позволяет за один цикл излучения-приема "осветить" большой сектор нижней поверхности льда с повышенным пространственным разрешением.Intra-pulse scanning is as follows. The emitted signal in each radiation-reception cycle consists of a set of "elementary" orthogonal signals. Each elementary orthogonal signal is sequentially radiated in its own specified direction. In this case, sequential "lighting" (scanning) of the lower surface of the ice occurs. Direction of radiation is provided by introducing the necessary delays into the elementary signals in a similar way to what happens when forming a static fan of an XN receiving AR. When receiving due to the orthogonality of elementary signals, they are divided along the directions of radiation of the elementary signal. This allows you to "illuminate" a large sector of the lower surface of the ice with increased spatial resolution in one cycle of radiation-reception.

Ортогональные элементарные сигналы формируются по следующему правилу.Orthogonal elementary signals are formed according to the following rule.

Формируется базовая последовательность импульсов. Число импульсов в ней равно М. Длительность каждого импульса равна Ti. Центральные частоты импульсов определяются формулой:The basic sequence of pulses is formed. The number of pulses in it is M. The duration of each pulse is Ti. The center frequencies of the pulses are determined by the formula:

где: m - порядковый номер импульса в базовой последовательности, m=0, 1, … M-1;where: m - serial number of the pulse in the basic sequence, m = 0, 1, ... M-1;

Fmin - нижняя граница полосы частот излучаемого сигнала;F min - the lower limit of the frequency band of the emitted signal;

DFi=1/Ti - полоса частот одиночного импульса;DFi = 1 / Ti - frequency band of a single pulse;

Из базовой последовательности импульсов формируются ортогональные элементарные сигналы одним из следующих способов:Orthogonal elementary signals are formed from the basic pulse sequence in one of the following ways:

а) элементарные сигналы представляют одиночные импульсы на заданной частоте, определяемой по формуле (4), при этом каждый импульс излучается в за- данное ему направление;a) elementary signals represent single pulses at a given frequency, determined by the formula (4), with each pulse being emitted in the direction given to it;

б) элементарные сигналы формируются из ортогональных последовательностей М импульсов, например последовательности Костаса [5], при этом каждая последовательность импульсов излучается в заданное ей направление.b) elementary signals are formed from orthogonal sequences of M pulses, for example, the Costas sequence [5], and each sequence of pulses is radiated in a given direction.

При приеме выполняется согласованная с типом зондирующего сигнала фильтрация.Upon receipt, filtering is consistent with the type of probe signal.

Для обеспечения заявляемого результата вводятся новые элементы, а именно:To ensure the claimed result, new elements are introduced, namely:

а) устройство управления внутриимпульсным сканированием;a) an intrapulse scanning control device;

б) устройство согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием.b) a device for coordinated signal filtering with intrapulse scanning.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 1.The block diagram of the inventive device is shown in FIG. one.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:In FIG. 1 adopted the following notation:

1 - излучающая антенная решетка,1 - radiating antenna array

2 - многоканальное генераторное устройство,2 - multi-channel generator device

3 - устройство управления внутриимпульсным сканированием,3 - control device intrapulse scanning,

4 - приемная антенная решетка,4 - receiving antenna array

5 - аппаратура предварительной обработки сигналов,5 - signal preprocessing equipment,

6 - устройство формирования статического веера приемных характеристик направленности,6 - a device for forming a static fan of receiving directivity characteristics,

7 - устройство согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием,7 - device consistent filtering signals with intrapulse scanning,

8 - устройство обработки эхосигналов,8 is a device for processing echo signals,

9 - устройство управления и отображения. Устройство работает следующим образом.9 - control and display device. The device operates as follows.

При включении в устройстве управления и отображения 9 для каждого цикла излучения-приема назначаются параметры режима работы:When you turn on the control and display device 9 for each radiation-reception cycle, the operating mode parameters are assigned:

- в устройстве управления внутриимпульсным сканированием 3: параметры внутриимпульсного сканирования - число направлений и их углы, и параметры ортогональных элементарных сигналов - число в последовательности, частоты и длительности импульсов;- in the control device intrapulse scanning 3: the parameters of the intrapulse scanning - the number of directions and their angles, and the parameters of the orthogonal elementary signals - the number in the sequence, frequency and duration of the pulses;

- в многоканальном генераторном устройстве 2: параметры для каждого ГАП, используемые при формировании излучения в одном направлении - мощность, последовательность задержек, частоты, длительности сигналов;- in multi-channel generator device 2: parameters for each HAP used in the formation of radiation in one direction - power, sequence of delays, frequencies, signal durations;

- в аппаратуре предварительной обработки сигналов 5: те же параметры, что и в устройствах 2 и 3, что необходимо для согласования работы аппаратуры с излучаемыми сигналами;- in the signal preprocessing equipment 5: the same parameters as in devices 2 and 3, which is necessary to coordinate the operation of the equipment with the emitted signals;

- в устройстве формирования статического веера приемных характеристик направленности 6: параметры, обеспечивающие формирование веера ХН - число ХН, их направления и соответствующие им задержки в каждом канале ГАП;- in the device for forming a static fan of the receiving directivity characteristics 6: parameters ensuring the formation of the XN fan - the number of XN, their directions and the corresponding delays in each HAP channel;

- в устройстве согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием 7: параметры излученных сигналов - число и тип элементарных ортогональных сигналов, направления их излучения;- in a device for coordinated filtering of signals with intrapulse scanning 7: parameters of the emitted signals - the number and type of elementary orthogonal signals, the directions of their radiation;

- в устройстве обработки эхосигналов 8: параметры, обеспечивающие определение задержки эхосигнала, в том числе отметку времени момента излучения, координат элемента разрешения нижней поверхности льда для формирования трехмерного (X, Y, Z) отображения нижней поверхности льда - координаты начала системы координат антенн, углы курса, крена и дифферента, вертикальный разрез скорости звука.- in the device for processing echo signals 8: parameters that determine the delay of the echo signal, including the time stamp of the radiation moment, the coordinates of the resolution element of the lower ice surface to form a three-dimensional (X, Y, Z) display of the lower ice surface - the coordinates of the origin of the antenna coordinate system, angles heading, roll and trim, vertical section of the speed of sound.

Получив от устройства управления и отображения 9 назначенный режим работы, устройство управления внутриимпульсным сканированием 3 формирует заданный набор элементарных ортогональных сигналов, которые передает в многоканальное генераторное устройство 2.Having received the assigned operating mode from the control and display device 9, the intrapulse scanning control device 3 generates a predetermined set of elementary orthogonal signals, which are transmitted to the multi-channel generator device 2.

Многоканальное генераторное устройство 2 для каждого ГАП в излучающей антенной решетке 1 вводит временные задержки элементарного ортогонального сигнала, соответствующие назначенному направлению излучения, и передает этот сигнал с задержками в излучающую антенную решетку 1.A multi-channel generator device 2 for each HAP in the radiating antenna array 1 introduces the time delays of the elementary orthogonal signal corresponding to the assigned direction of radiation, and transmits this signal with delays to the radiating antenna array 1.

Излучающая антенная решетка 1 излучает элементарный сигнал в назначенное направление.The radiating antenna array 1 emits an elementary signal in a designated direction.

Затем устройство 2 вводит временные задержки для следующего элементарного ортогонального сигнала, снова передает его в излучающую антенную решетку 1, которая производит излучение в следующее направление. Цикл повторяется до исчерпания числа направлений, выбранных в данном цикле излучения-приема.Then, the device 2 introduces time delays for the next elementary orthogonal signal, transfers it again to the radiating antenna array 1, which produces radiation in the next direction. The cycle is repeated until the number of directions selected in this radiation-reception cycle has been exhausted.

Приемная антенная решетка 4 принимает отраженные ледовой поверхностью сигналы и передает их в аппаратуру предварительной обработки сигналов 5.The receiving antenna array 4 receives the signals reflected by the ice surface and transmits them to the signal preprocessing equipment 5.

Аппаратура предварительной обработки сигналов 5 производит фильтрацию, усиление и аналого-цифровое преобразование сигналов, принятых в каждом канале ГАП приемной антенной решетки 4, и передает их в устройство формирования статического веера приемных характеристик направленности 6.The signal preprocessing equipment 5 performs filtering, amplification, and analog-to-digital conversion of the signals received in each HAP channel of the receiving antenna array 4 and transmits them to the device for forming a static fan of receiving directivity characteristics 6.

Устройство формирования статического веера приемных характеристик направленности 6 вводит в сигналы с выхода каждого канала ГАП приемной антенной решетки 4, временные задержки, соответствующие назначенным направлениям веера приемных характеристик направленности. Для каждого направления производит суммирование сигналов со всех ГАП. Суммарный сигнал является сигналом с данного направления ХН приема. Затем сигналы с выхода всех приемных ХН статического веера передаются в устройство согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием 7.The device for forming a static fan of the receiving directivity characteristics 6 introduces into the signals from the output of each channel of the HAP receiving antenna array 4, time delays corresponding to the designated directions of the fan of the receiving directivity characteristics. For each direction, it sums up signals from all HAPs. The total signal is a signal from a given direction of XH reception. Then, the signals from the output of all receiving CNs of a static fan are transmitted to a device for coordinated signal filtering with intrapulse scanning 7.

Устройство согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием 7 выполняет многоканальную согласованную фильтрацию эхосигналов, следующих с выхода всех приемных ХН. Импульсные характеристики каналов многоканального фильтра равны излученным элементарным ортогональным сигналам. В результате многоканальной фильтрации в каждом направлении из статического веера приемных ХН определяются номера излученных элементарных сигналов, которые соответствуют направлениям излучающей ХН. Таким образом, формируются эхосигналы, соответствующие направлениям на элемент разрешения в продольной и поперечной плоскостях движения погруженного объекта. Они передаются в устройство обработки эхосигналов 8.The coordinated signal filtering device with intrapulse scanning 7 performs multichannel matched filtering of echo signals following from the output of all receiving CNs. The impulse characteristics of the channels of a multichannel filter are equal to the emitted elementary orthogonal signals. As a result of multichannel filtering in each direction, the numbers of emitted elementary signals, which correspond to the directions of the emitting CN, are determined from the static fan of the receiving CNs. Thus, echo signals are formed corresponding to the directions to the resolution element in the longitudinal and transverse planes of motion of the immersed object. They are transmitted to the echo signal processing device 8.

Устройство обработки эхосигналов 8 для каждого направления на элемент разрешения определяет задержку прихода эхосигнала и по ней определяет дистанцию до элемента разрешения. Затем вычисляет координаты элемента разрешения в прямоугольной системе координат с использованием полученных дистанций и направлений, определенных в устройстве 7. Эти координаты передаются в устройство управления и отображения 9.The device for processing the echo signals 8 for each direction to the resolution element determines the delay in the arrival of the echo signal and determines the distance to the resolution element from it. Then it calculates the coordinates of the resolution element in a rectangular coordinate system using the obtained distances and directions defined in the device 7. These coordinates are transmitted to the control and display device 9.

Устройство управления и отображения 9 выполняет построение и отображение трехмерного рельефа нижней поверхности льда.The control and display device 9 performs the construction and display of a three-dimensional relief of the lower surface of the ice.

Приведенный принцип работы заявляемого устройства обеспечивает различные режимы работы, в том числе:The principle of operation of the inventive device provides various modes of operation, including:

(А) - режим работы при использовании одной ХН излучения в каждом цикле излучения-приема,(A) —operation mode when using one XN radiation in each radiation-reception cycle,

(Б) - режим работы, при котором обеспечивается обзор пространства над погруженным объектом в широком секторе углов направлений ХН излучения.(B) - an operating mode in which an overview of the space above an immersed object is provided in a wide sector of the angles of direction of the XL radiation.

В режиме (А) заявляемое устройство работает, как обычный многолучевой эхолот. В режиме (Б) применяется внутриимпульсное сканирование и обеспечивается заявляемый технический результат.In mode (A), the inventive device operates as a conventional multi-beam echo sounder. In mode (B), intrapulse scanning is used and the claimed technical result is provided.

Практическое использование внутриимпульсного сканирования поясняется следующим.The practical use of intrapulse scanning is illustrated by the following.

Каждому моменту времени соответствует объем пространства, отражающий или рассеивающий падающее акустическое поле, который является элементом разрешения. Объем элемента разрешения равен:Each moment of time corresponds to a volume of space that reflects or scatters the incident acoustic field, which is a resolution element. The scope of the permission element is:

где - дистанция элемента разрешения в момент времени X,Where - the distance of the resolution element at time X,

α - направление излучения, относительно горизонтальной плоскости,α - radiation direction, relative to the horizontal plane,

- элемент разрешения по дистанции, - distance resolution element,

ΔF - полоса зондирующего сигнала,ΔF is the band of the probe signal,

c - средняя скорость звука в воде,c is the average speed of sound in water,

Δα, Δβ - элементы разрешения, которые равны ширине излучающей (Δα) и приемной (Δβ) ХН, соответственно.Δα, Δβ are resolution elements that are equal to the width of the radiating (Δα) and receiving (Δβ) CN, respectively.

Пусть вся зона обзора составляет: R - по дистанции, ΔA - угол сектора обзора в продольной плоскости движения погруженного объекта и ΔB - в поперечной плоскости. Для ее просмотра, учитывая параллельный обзор приемной антенной в секторе размером ΔB, при использовании одной излучающей ХН требуется время:Let the entire field of view be: R — in distance, ΔA — angle of the field of view in the longitudinal plane of motion of the immersed object, and ΔB — in the transverse plane. To view it, taking into account a parallel survey of the receiving antenna in a sector of size ΔB, using one radiating HN takes time:

Заявляемое устройство позволяет сократить время обзора, определяемое соотношением (6).The inventive device allows to reduce the viewing time determined by the ratio (6).

В заявляемом устройстве формируется излучающий сигнал, состоящий из Ks элементарных ортогональных сигналов (Ks - число сигналов). Излучающая антенная решетка 1 излучает последовательно каждый элементарный ортогональный сигнал в отдельную ХН излучения. При этом происходит последовательное "освещение" (сканирование) полосы нижней поверхности льда, ширина которой в Ks раз шире, чем у прототипа. При приеме эхосигналов за счет ортогональности элементарных сигналов в каждой ХН статического веера производится определение направления пришедшего эхосигнала, соответствующее направлению излучения элементарного сигнала. В результате время обзора, определяемое соотношением (6) сокращается в Ks раз. Описанный принцип обзора нижней поверхности льда проиллюстрирован на Фиг. 2. На Фиг. 3 показана зона обзора пространства за один цикл излучения.In the inventive device, a radiating signal is formed, consisting of K s of elementary orthogonal signals (K s is the number of signals). The radiating antenna array 1 radiates sequentially each elementary orthogonal signal into a separate XN radiation. In this case, sequential “lighting” (scanning) of the strip of the lower ice surface occurs, the width of which is K s times wider than that of the prototype. When receiving echo signals due to the orthogonality of the elementary signals in each XN of a static fan, the direction of the incoming echo signal is determined corresponding to the direction of emission of the elementary signal. As a result, the survey time determined by relation (6) is reduced by a factor of K s . The described principle of viewing the lower surface of the ice is illustrated in FIG. 2. In FIG. Figure 3 shows the field of view of space for one radiation cycle.

Возможность получения при осуществлении полезной модели указанного технического результата определяется на основе теоретических оценок эффектом, получаемым с помощью заявляемого устройства, по сравнению с прототипом:The ability to obtain when implementing a utility model of the specified technical result is determined on the basis of theoretical estimates of the effect obtained using the inventive device, compared with the prototype:

Прототип обеспечивает производительность съемки рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом, с учетом формулы (1), равную:The prototype provides the performance of shooting the relief of the lower surface of the ice over an immersed object, taking into account formula (1), equal to:

где Tс - время одного цикла обзора.where Tc is the time of one review cycle.

Заявляемое устройство в режиме (Б), указанном выше, обеспечивает производительность съемки рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом, равную:The inventive device in mode (B) above, provides a shooting performance of the relief of the lower surface of the ice over an immersed object, equal to:

где ΔA - угол сектора обзора в продольной плоскости движения погруженного объекта, который обеспечивает внутриимпульсное сканирование.where ΔA is the angle of the viewing sector in the longitudinal plane of motion of the immersed object, which provides intrapulse scanning.

Таким образом, увеличение производительности обзора рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом, заявленного устройства, по отношению к производительности прототипа составит:Thus, the increase in the productivity of the review of the relief of the lower surface of the ice above the submerged object of the claimed device, in relation to the productivity of the prototype will be:

В частности, при Δα0≈1°, ΔA≈±45° величина выигрыша в производительности составит KP≈60.In particular, at Δα 0 ≈1 °, ΔA≈ ± 45 °, the gain in productivity will be K P ≈60.

При нулевой скорости погруженного объекта прототип обеспечивает обзор рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом, площадь которого определяется формулой:At zero speed of the immersed object, the prototype provides an overview of the relief of the lower surface of the ice above the immersed object, the area of which is determined by the formula:

При нулевой скорости погруженного объекта заявляемое устройство обеспечивает обзор рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом, площадь которого определяется формулой:At zero speed of the immersed object of the claimed device provides an overview of the relief of the lower surface of the ice above the immersed object, the area of which is determined by the formula:

Таким образом, увеличение площади обзора рельефа нижней поверхности льда над погруженным объектом при нулевой скорости погруженного объекта, заявленного устройства, по отношению к площади обзора прототипа составит:Thus, the increase in the viewing area of the relief of the lower surface of the ice above the submerged object at zero speed of the submerged object, the claimed device, relative to the viewing area of the prototype will be:

и совпадает с увеличением производительности съемки, которое оценивается по формуле (9).and coincides with an increase in shooting performance, which is estimated by the formula (9).

Список литературы.Bibliography.

1. SeaBat 7125; www.mnsspb.ru, сайт ЗАО "Морские навигационные системы".1. SeaBat 7125; www.mnsspb.ru, the site of CJSC Marine Navigation Systems.

2. "Гидролокатор высокого разрешения - звуковизор" разработки ОАО "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" (www.akin.ru)2. "High-resolution sonar - sound recorder" developed by Acoustical Institute named after academician NN Andreev OJSC (www.akin.ru)

3. Jerevy P. Wilkinson, Peter Wadhams and Nick E. Hughes. “A review of the sonar underwater vehicles to obtain information on sea ice draft”. - “Arctic sea ice thickness. Past, present & future”. International workshop, Rungstedgaard, Denmark, 8-9 november, 2005.3. Jerevy P. Wilkinson, Peter Wadhams and Nick E. Hughes. “A review of the sonar underwater vehicles to obtain information on sea ice draft.” - “Arctic sea ice thickness. Past, present & future ”. International workshop, Rungstedgaard, Denmark, 8-9 november, 2005.

4. Урик Роберт Дж. Основы гидроакустики. // Пер. с английского - Л.: Судостроение, 1978.4. Urik Robert J. Fundamentals of hydroacoustics. // Per. from English - L .: Shipbuilding, 1978.

5. Costas, J.P. (1984). “A study of a class of detection waveforms having nearly ideal range - Doppler ambiguity properties”. Proceedings of the IEEE 72 (8): 996-1009.5. Costas, J.P. (1984). “A study of a class of detection waveforms having nearly ideal range - Doppler ambiguity properties.” Proceedings of the IEEE 72 (8): 996-1009.

Claims (1)

Устройство для гидроакустической рельефной съемки нижней поверхности ледового покрова, содержащее расположенные перпендикулярно друг другу линейные излучающую и приемную антенные решетки, аппаратуру предварительной обработки сигналов, устройство формирования статического веера приемных характеристик направленности, устройство обработки эхосигналов, многоканальное генераторное устройство, устройство управления и отображения, причем приемная антенная решетка подключена к входу аппаратуры предварительной обработки сигналов, выход аппаратуры предварительной обработки сигналов подключен к входу устройства формирования статического веера приемных характеристик направленности, выход которого соединен с входом устройства обработки эхосигналов, выход многоканального генераторного устройства подключен к излучающей антенной решетке, вход устройства управления и отображения подключен к выходу устройства обработки эхосигналов, выход устройства управления и отображения подключен к входу многоканального генераторного устройства, ко второму входу аппаратуры предварительной обработки сигналов, ко второму входу устройства формирования статического веера приемных характеристик направленности, ко второму входу устройства обработки эхосигналов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство управления внутриимпульсным сканированием и устройство согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием, причем первый вход устройства согласованной фильтрации сигналов с внутриимпульсным сканированием подключен к выходу устройства формирования статического веера приемных характеристик направленности, второй вход подключен ко второму выходу устройства управления внутриимпульсным сканированием, третий вход подключен к выходу устройства управления и отображения, первый выход устройства управления внутриимпульсным сканированием подключен ко второму входу многоканального генераторного устройства, вход устройства управления внутриимпульсным сканированием подключен к выходу устройства управления и отображения.
Figure 00000001
A device for hydroacoustic relief shooting of the lower surface of the ice cover, containing linear emitting and receiving antenna arrays perpendicular to each other, signal pre-processing equipment, a device for generating a static fan of receiving directivity characteristics, an echo signal processing device, a multi-channel generator device, a control and display device, and a receiving the antenna array is connected to the input of the signal preprocessing equipment One of the signal preprocessing equipment is connected to the input of the device for forming a static fan of receiving directional characteristics, the output of which is connected to the input of the echo signal processing device, the output of the multi-channel generator device is connected to the emitting antenna array, the input of the control and display device is connected to the output of the echo processing device, and the output of the control device and display connected to the input of a multi-channel generator device, to the second input of the equipment pre variable signal processing, to the second input of the device for forming a static fan of receiving directivity characteristics, to the second input of the device for processing echo signals, characterized in that it further comprises a control device for intrapulse scanning and a device for coordinated filtering of signals with intrapulse scanning, the first input of a device for coordinated filtering of signals with intrapulse scanning is connected to the output of the static fan formation device directivity characteristics, the second input is connected to the second output of the intrapulse scanning control device, the third input is connected to the output of the control and display device, the first output of the intrapulse scanning control device is connected to the second input of the multi-channel generator device, the input of the intrapulse scanning control device is connected to the output of the control device and display.
Figure 00000001
RU2013159232/28U 2013-12-30 2013-12-30 DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER RU145765U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013159232/28U RU145765U1 (en) 2013-12-30 2013-12-30 DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013159232/28U RU145765U1 (en) 2013-12-30 2013-12-30 DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU145765U1 true RU145765U1 (en) 2014-09-27

Family

ID=51656952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013159232/28U RU145765U1 (en) 2013-12-30 2013-12-30 DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU145765U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703786C1 (en) * 2018-11-06 2019-10-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Device for capturing the topography of the water area bottom

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703786C1 (en) * 2018-11-06 2019-10-22 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Device for capturing the topography of the water area bottom

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11119211B2 (en) Acoustic doppler system and method
US11668820B2 (en) Sonar data compression
AU2016203271B2 (en) Sonar systems and methods using interferometry and/or beamforming for 3d imaging
CA2775115C (en) Method and device for measuring a contour of the ground
US11280903B2 (en) Acoustic doppler system and method
US20100067330A1 (en) Ship mounted underwater sonar system
US20020126577A1 (en) Multibeam synthetic aperture sonar
US6285628B1 (en) Swept transit beam bathymetric sonar
US9817117B1 (en) Multifan survey system and method
US20220026570A1 (en) Techniques for sonar data processing
RU136899U1 (en) AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU145765U1 (en) DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER
RU153808U1 (en) PARAMETRIC ECHO DEDOMETER
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
RU133504U1 (en) DEVICE FOR HYDROACOUSTIC VISUALIZATION OF UNDERWATER SPACE UNDER CONDITIONS OF LIMITED VISIBILITY
RU2703786C1 (en) Device for capturing the topography of the water area bottom
RU98254U1 (en) MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG
RU2757065C1 (en) Method for surface relief survey
US20200292700A1 (en) Multifan survey system and method
Abshagen Decay behavior of a reverberant sound field in a deep fjord
Xiang-jian et al. An Imaging Algorithm for High-speed Side-scan Sonar Based on Multi-beam Forming Technology
WO2021256948A1 (en) Method and device for ultrasonic imaging of the bottom of a body of water
Creasey Sonar methods
CN116148866A (en) Bistatic sonar direct wave suppression method based on fractional Fourier transform

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20141231